「光年」は距離の単位なのに、なぜ時間の話になるのか

光年は距離の単位です。「年」という字が入っているせいで時間だと思われがちで、 たいていの解説はここを正すところで終わります。

ただ、面白いのはその先です。距離の単位なのに、使うと必ず時間の話になる。 しかもそれは言葉のあやではなく、宇宙を見るという行為そのものの性質から来ています。

光は一秒でおよそ三十万キロメートル進みます。正確には秒速 299,792,458 メートルで、 これは測った値というより定義された値です。 一メートルの長さのほうが、この速さを基準に決められています。

その光が一年進む距離が一光年で、およそ九兆四千六百億キロメートル。 桁が大きすぎて、正直なところ何も伝わってきません。 こういう数字は、身近なものと並べたときに初めて意味を持ちます。

太陽の八分というのは、案外きいてくる数字です。 もし今この瞬間に太陽が消えたとしても、私たちがそれを知るのは八分後。 それまでの八分間、空は何事もなく明るいままです。知りようがない、というのが正確なところです。

ここまでで、話は自然に時間へずれています。距離を光の速さで割ると、そのまま「何年前の姿か」になるからです。 四十二光年先の星を見ることは、四十二年前のその星を見ることと同じ意味になる。 宇宙では、遠くを見ることが、そのまま過去を見ることになります。

これが効いてくるのは、夜空を全体として眺めたときです。 星はそれぞれ違う距離にあるので、ひとつの空に、違う時代の姿が同時に並んでいることになります。

たとえばオリオン座。左上で赤く光るベテルギウスは、およそ五百年前後前の姿だと考えられています。 右下の青白いリゲルは、さらに遠くて八百年ほど前の姿。 同じ星座として線で結ばれている二つの星のあいだに、数百年の時差があります。 私たちが「オリオン座」として見ている形は、どの瞬間にも存在したことのない、合成された絵です。

ちなみにベテルギウスの距離には、いまも幅があります。研究によって五百光年前後から六百光年台まで開きがある。 遠い星の距離を測るのは、それ自体が難しい仕事で、 「およそ」と書かれているときは本当におよそなのだと受け取ったほうが正確です。

もう一歩進むと、少し落ち着かない結論になります。 「その星が今どうなっているか」を知る方法が、原理的にありません。

情報は光より速く伝わらないからです。五百光年先で今日なにかが起きたとしても、 その知らせが届くのは五百年後。今日の私たちに届いている情報は、すべて過去のものだけです。 「今」という言葉は、離れた場所どうしでは思ったほど単純に共有できません。

日常でこれが問題にならないのは、身の回りの距離が短すぎて遅れが感じられないからにすぎません。 同じ部屋にいる人の姿も、厳密には数ナノ秒前の姿です。 宇宙は、その遅れが無視できなくなるほど広いというだけで、仕組み自体は同じです。

ベテルギウスの距離に幅がある、と書きました。巻尺が届かない相手の距離を、そもそもどうやって測っているのか。 いちばん基礎になるのは年周視差という方法です。

原理は、目の前に指を立てて片目ずつ交互に閉じると指が左右に動いて見える、あれと同じです。 見る位置が変われば、近いものほど大きくずれる。 地球は太陽のまわりを一年かけて回っているので、半年経てば観測地点が 太陽をはさんで約三億キロメートル離れた場所に移ります。 その二地点から同じ星を見て、見かけの位置がどれだけずれたかを測る。

ずれの角度は、いちばん近い星でも一秒角より小さい。一秒角は一度の三千六百分の一で、 数キロ先に置いた一円玉を見込む角度くらいです。 この極端に小さな角度を測る精度が、そのまま測れる距離の限界になります。

だから近い星ほど正確に分かり、遠い星ほど怪しくなる。 ベテルギウスのように遠いうえに大きく膨らんだ星は、 表面のどこを星の位置とみなすかでも値が動くため、余計に幅が出ます。 近年は位置観測に特化した宇宙望遠鏡が桁違いの精度でカタログを作り直していますが、 それでも遠方は推定の域を出ません。

ついでに単位の話をすると、視差がちょうど一秒角になる距離を一パーセクと呼びます。 約3.26光年です。天文の論文で光年よりパーセクをよく見るのは、 観測した角度からそのまま出てくる単位だからで、光年は一般向けに直した表現に近い。

さらに厄介なことに、星はそれぞれ違う方向へ動いています。 天球上での見かけの動きを固有運動と呼び、近い星ほど大きく見えます。

一年ではまったく分かりませんが、時間の尺度を伸ばすと形が崩れていきます。 北斗七星の柄杓の形も、数万年から十万年の単位で見ればはっきり変わる。 いま見えている星座の形は、いまの時代の人だけが見ているものです。

ここでも距離と時間が絡み合います。星の位置を時間軸で動かすには、 距離が分かっていないと立体的な動きにならない。距離が「およそ」であることは、 未来の星空の予測にもそのまま効いてきます。

光年は距離の単位です。それでも、使うと必ず時間の話になる。 理由は単純で、宇宙を見る手段が光しかなく、その光には速さの上限があるからです。 遠さは、そのまま古さになります。

夜空を見上げたとき、そこに並んでいるのは同じ瞬間の風景ではありません。 数年前、数百年前、数千年前の姿が、たまたま今日この瞬間に地球へ届いて、一枚の絵に見えているだけです。 同じ星を明日また見ても、届いている光は一日ぶん新しくなっている。 そう思うと、見慣れた空が少し違って見えます。

なお、近くの星の位置と距離を実際のデータで立体的に眺められるものを Near Stars として作っています。 固有運動を時間方向に動かせるので、この記事の最後の話は実際に目で確かめられます。